Primer Taller sobre Estudios Hidrológicos en Áreas Serranas de la Provincia de Córdoba TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MENCIÓN EN RECURSOS.

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1 Primer Taller sobre Estudios Hidrológicos en Áreas Serranas de la Provincia de Córdoba TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MENCIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS – U. N. C. “Evaluación de Metodologías de Regionalización Hidrológica: Aplicación a Caudales Máximos de Cuencas Representativas de la Región Sur-Oeste de la Provincia de Córdoba” Msc. Ing. Facundo Matías Ganancias Martínez (1y2) Director: Dr. Ing. Juan Carlos Bertoni(1) (1)Cátedra de Hidrología, Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba (UNC) (2) Becario de CONICET y Ministerio de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Córdoba

2 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN - OBJETIVOS I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES

3 I – INTRODUCCIÓN Sencillos Complejos

4 Otros: uso de suelo, topografía, etc.
I – INTRODUCCIÓN Datos hidráulicos de entrada Caudal Máximo Hidrograma Completo Volúmenes escurridos Otros: uso de suelo, topografía, etc.

5 Para una cuenca dada, la Hidrología como Ciencia
I – INTRODUCCIÓN Para una cuenca dada, la Hidrología como Ciencia Existen registros de Caudal Estadística No existen registros de Caudal en el sitio Estadística y Transformación P - Q Si existen registros de lluvias en la cuenca Datos de Cuencas Vecinas o Cuencas Hidrológicamente Homogéneas: REGIONALIZACIÓN No existen registros de Caudal en el sitio No existen registros de lluvias en la cuenca

6 La importancia y la necesidad de la Regionalización en Argentina
I – INTRODUCCIÓN La importancia y la necesidad de la Regionalización en Argentina Estaciones Activas en Argentina Estaciones Inactivas en Argentina Estaciones Activas en Córdoba Estaciones Inactivas en Córdoba

7 I – OBJETIVOS Objetivo General:
Evaluar diversas metodologías de regionalización hidrológica para estimar caudales máximos en cuencas serranas representativas de la región Sur-Oeste de la Provincia de Córdoba Actualizar el conocimiento sobre metodologías de regionalización hidrológica aplicada a la estimación de caudales máximos Profundizar el manejo del análisis estadístico frecuencial aplicado a series hidrológicas Realizar el tratamiento de datos hidrológicos con vistas a su tratamiento en un análisis regional

8 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES II – DATOS DISPONIBLES - ZONAS DE ESTUDIO

9 Estaciones hidrométricas seleccionadas
II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO Caudales máximos medios diarios anuales Estaciones hidrométricas seleccionadas Cuenca alta del río Chocancharagua Alpa Corral – Barrancas (40) Alpa Corral Vado de Río Seco – Barrancas (24) La Tapa – Las Cañitas (41) Las Tapias La Tapa Vado de Río Seco Las Tapias – Las Tapias (36) Piedra Blanca Tincunaco Piedra Blanca – Piedra Blanca (39) Las Tapias – San Bartolomé (38) Tincunaco – Chocancharagua (19)

10 Estaciones hidrométricas seleccionadas
II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO Caudales máximos medios diarios anuales Estaciones hidrométricas seleccionadas Río Grande Estación Ume Pay (43). Fuente: SSRHN Río La Suela Estación La Suela (12) Fuente: CRSA

11 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES III – ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD

12 III – ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD
Previo al estudio de frecuencias de una serie de datos es necesario evaluar la calidad de los mismos y la validez de su empleo. INDEPENDENCIA HOMOGENEIDAD Utilizadas para demostrar que los datos que conforman la serie son aleatorios Evalúan si todos los datos que conforman la muestra, provienen estadísticamente de una misma población Anderson Wald Wolfowitz Cramer t de Student Helmert

13 Resumen de resultados de pruebas de independencia y homogeneidad
III – ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD Resumen de resultados de pruebas de independencia y homogeneidad Alpa Corral Solamente la estación Alpa Corral del río Barrancas no supera las pruebas. Los datos de la estación La Suela no son suficientes en cantidad para indicarse como representativos de los caudales del río La Suela

14 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS

15 Distribuciones programadas
IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS El análisis de frecuencia de los datos se efectuó con un programa propio, desarrollado específicamente para la Tesis. Distribuciones programadas La bondad de los ajustes es probada por medio del Error Estándar de Ajuste.

16 2° - Evaluar los caudales obtenidos con métodos de regionalización
IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS Resumen de resultados de la aplicación de técnicas de análisis de frecuencia de eventos extremos 1° - Ayudar a identificar el orden de las características fisiográficas para el método de Andrews. Aplicaciones: 2° - Evaluar los caudales obtenidos con métodos de regionalización

17 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS

18 V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS
Regionalización hidrológica: Conjunto de herramientas que aprovechan al máximo las informaciones existentes. Área Cartas topográficas IGM Características Fisiográficas Perímetro Topografía de detalle Longitud cauce Imágenes Radar: SRTM Pendientes, etc. MNT – Global Mapper 8 Curvas de Nivel – Auto CAD

19 V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS
Delimitación de regiones homogéneas: Método de los Trazos Multidimensionales Andrews (1972) Ecuación: Características Fisiográficas Área [km2] Longitud de Cuenca [km] Parámetro de forma Perímetro [km] Ancho máximo cuenca [km] Sinuosidad cauce Longitud Cauce [km] Ancho medio cuenca [km] Asimetría cuenca Pendiente Cauce [m/m] Coef. desarrollo divisoria Tiempo de concentración Pendiente Cuenca [m/m]

20 V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS
Ecuación: Regresiones múltiples para diferentes TR (2, 5, 10, 20, 25, 50 y 100 años). Definición de características fisiográficas (X1, X2,…y X5): Características Fisiográficas Alpa Corral Evaluación: Coeficientes de correlación Características Fisiográficas La Tapa

21 V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS
Tincunaco Ecuación: 2 Años 10 Años 25 Años 100 Años

22 V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS
A partir de los trazos multidimensionales se definieron como pertenecientes a una misma región homogénea a las estaciones: Piedra Blanca – Piedra Blanca Vado de Río Seco – Barrancas Alpa Corral – Barrancas Región Homogénea La Tapa – Las Cañitas La Suela – La Suela Las Tapias – Las Tapias Las Tapias – San Bartolomé Tincunaco – Chocancharagua Estaciones excluidas Ume Pay – Grande

23 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO

24 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
Definidas las estaciones de la región hidrológica homogénea La Suela San Bartolomé Las Cañitas Las Tapias Calibración Verificación Vado de Río Seco Piedra Blanca Alpa Corral

25 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
El proceso de Calibración se repite cinco veces por cada método San Bartolomé Las Cañitas Las Tapias San Bartolomé San Bartolomé San Bartolomé San Bartolomé San Bartolomé Calibración Vado de Río Seco Piedra Blanca Las Cañitas Las Cañitas Las Cañitas Las Cañitas Las Cañitas Las Cañitas Las Tapias Las Tapias Las Tapias Las Tapias Las Tapias Calibración Estaciones Año Vado de Río Seco Vado de Río Seco Vado de Río Seco Vado de Río Seco Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca Piedra Blanca Piedra Blanca Piedra Blanca Piedra Blanca Avenida Índice Regresión y Correlación Lineal Box - Cox Mom. Estandarizados de P.P.

26 Se emplean los datos de las estaciones restantes
VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO San Bartolomé Las Cañitas Las Tapias Calibración Estaciones Año Vado de Río Seco Piedra Blanca Se normalizan las series dividiendo cada uno de los caudales que la forman por el caudal medio de la serie Se emplean los datos de las estaciones restantes Se conforma un solo registro estandarizado de valores. No se requiere que las series tengan una longitud de registro común Se asigna una frecuencia empírica con la Ley de Weibull. Se ajustan distribuciones de probabilidad teóricas

27 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Estaciones Año Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca Con Piedra Blanca Sin Piedra Blanca 1° Caudales estandarizados sin datos del río Barrancas VRS (n=154) 2° Ajuste de la distribución GVE por Máxima Verosimilitud 3° Relación para caudal medio en Vado de Río Seco 4° Caudales del río Barrancas en Vado de Río Seco

28 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Las Cañitas Las Tapias Calibración Avenida Índice Vado de Río Seco Piedra Blanca Con Q2,33 de cada estación se estandariza la serie correspondiente. Se utilizan los datos de las estaciones restantes. Requiere que las series tengan una longitud de registro común La serie estandarizada es ordenada de mayor a menor y se le asigna un período de retorno siguiendo la ley de Weibull y una probabilidad de no excedencia Al registro de cada estación, por separado, se le ajusta la distribución Gumbel, y se obtiene el caudal asociado a un TR = 2,33 años.

29 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Avenida Índice Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca 1° Caudales estandarizados sin datos del río Barrancas VRS (n=20). Asignación de recurrencias por medio de la Ley de Weibull 2° Cálculo de la mediana para cada Tiempo de Retorno Con Piedra Blanca Sin Piedra Blanca 5° Caudales para la estación Vado de Río Seco del Río Barrancas 3° Se grafica en papel Gumbel: Medianas - Recurrencias Se obtiene la ecuación regional 4° Se obtienen relaciones entre los Q2,33 y el área de las cuencas

30 Regresión y Correlación Lineal
VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO San Bartolomé Las Cañitas Las Tapias Calibración Regresión y Correlación Lineal Vado de Río Seco Piedra Blanca Relaciones: Características fisiográficas y/o climatológicas de las cuencas de aporte;grado de correlación con los caudales para cada TR. Es necesario asignar, para cada período de retorno analizado, un nivel de importancia a cada característica fisiográfica considerada. Andrews Resultado: Sistemas de ecuaciones lineales simples: Constantes que afectaran a cada una de las características en las relaciones deseadas

31 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Regresión y Correlación Lineal Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca 2 Años 5 Años 10 Años 20 Años

32 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Regresión y Correlación Lineal Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca Con Piedra Blanca Sin Piedra Blanca

33 Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco
VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO San Bartolomé Resumen de Resultados Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca Con Piedra Blanca 5 4 1 3 2

34 Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco
VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO San Bartolomé Resumen de Resultados Las Cañitas Las Tapias Calibración Ejemplo: Aplicación a la serie del río Barrancas - Vado de Río Seco Vado de Río Seco Piedra Blanca Sin Piedra Blanca 1 3 2 5 4

35 VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO
San Bartolomé Resumen de Resultados Las Cañitas Las Tapias Calibración Vado de Río Seco Piedra Blanca Regresión y Correlación Lineal Estaciones Año Momentos Estandarizados de Probabilidad Pesada Avenida Índice Box - Cox

36 Aplicación a sitios no calibrados
VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO San Bartolomé Aplicación a sitios no calibrados Alpa Corral Alpa Corral Verificación La Suela La Suela Las Cañitas Calibración Las Tapias Vado de Río Seco

37 I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO
PLAN DE PRESENTACIÓN I – INTRODUCCIÓN – OBJETIVOS II – DATOS DISPONIBLES – ZONAS DE ESTUDIO III - ANÁLISIS DE INDEPENDENCIA Y HOMOGENEIDAD IV – ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE VALORES EXTREMOS V – DELIMITACIÓN DE REGIONES HOMOGÉNEAS VI – ANÁLISIS REGIONAL HIDROLÓGICO VII - CONCLUSIONES VII – CONCLUSIONES

38 VII – CONCLUSIONES Pese a su importancia las técnicas de regionalización hidrológica de caudales son poco empleadas en Argentina, hecho que destaca la elección de esta temática para desarrollar la Tesis. Este Trabajo representa una de las primeras aplicaciones a caudales máximos correspondientes a la escala de cuencas serranas de la Provincia de Córdoba. La aplicación de la metodología de los trazos multidimensionales de Andrews, posibilitó establecer que siete (7) de las nueve (9) estaciones analizadas constituyen una región hidrológica homogénea. Quedando fuera: Tincunaco y Ume Pay.

39 VII – CONCLUSIONES Durante la aplicación de los cinco métodos se pudo apreciar que los resultados de cada uno de ellos, mejoran cuando se excluyen los datos de la estación Piedra Blanca. Congruentemente, ninguno de los métodos pudo representar adecuadamente los valores de esta estación Por ello se estableció que la estación Piedra Blanca, aún cuando es aceptada, por el método de Andrews, como perteneciente a la región hidrológica homogénea, debe ser descartada del análisis regional para la determinación de caudales en otras estaciones En función de los resultados de las diferencias entre los caudales obtenidos puntualmente y aquellos obtenidos por regionalización, se ordenan las técnicas: 1° Regresión y Correlación Lineal, 2° Estaciones Año, 3° Momentos Estandarizados de Probabilidad Pesada, 4° Avenida Índice y 5° Box - Cox.

40 VII – CONCLUSIONES La aplicación de la metodología de Regresión y Correlación Lineal a la estación Alpa Corral muestra que las diferencias obtenidas entre los valores de regionalización y aquellos puntuales, no superan el 13%, lográndose con ello una excelente estimación de los caudales máximos para esta estación.

41 VII – RECOMENDACIONES El área de la cuenca no resulta siempre la característica fisiográfica más representativa de los caudales máximos que se registran a la salida de la misma. Se recomienda, en tal sentido, la verificación de las relaciones que otros parámetros fisiográficos tienen con dichos caudales. Dadas las dificultades de obtener datos de caudales en cuencas de pequeño y mediano tamaño se recomienda realizar esfuerzos de monitoreo en estas escalas con el fin de posibilitar la aplicación de técnicas de regionalización De la misma forma se recomienda dar continuidad a los registros ya existentes en el país de modo de posibilitar el análisis de la influencia de un eventual cambio climático/variabilidad climática en las técnicas de regionalización hidrológica.

42 Estudios Hidrológicos en Áreas Serranas de la Provincia de Córdoba
Primer Taller sobre Estudios Hidrológicos en Áreas Serranas de la Provincia de Córdoba “Evaluación de Metodologías de Regionalización Hidrológica: Aplicación a Caudales Máximos de Cuencas Representativas de la Región Sur-Oeste de la Provincia de Córdoba” Muchas Gracias!